MRO begynner langvarig baneendring

Av Erik Tronstad

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) har innledet en baneendring som skal pågå i flere måneder fremover. Når den er over, skal romfartøyet gå i en bane på 255 km x 320 km rundt Mars, med en omløpstid på 1 time og 52 minutter.

Tegning som viser MRO på en av romfartøyets om lag 550 passeringer gjennom de øvre delene av Mars-atmosfæren. (NASA)

Etter at MRO kom frem til Mars 10. mars 2006, har romfartøyet gått i en bane på 426 km x 45 000 km rundt planeten (se MRO inn i bane rundt Mars (eRomfart 2006-027)). For å få MRO ned i sin endelige bane, skal det foreta flere hundre passeringer gjennom de øvre delene av Mars-atmosfæren.

Da MRO var lengst fra Mars (i apoapsis) 30. mars 2006, gjennomførte romfartøyet en 58 sekunder lang motoravfyring. Den reduserte romfartøyets hastighet så mye at høyden på det laveste punktet (periapsis) over Mars ble redusert fra 426 km til 333 km. Dermed startet MRO på det som kalles «inngangsfasen» til de flere hundre passeringene i Mars-atmosfæren.

Ved gjentatte motoravfyringer ved apoapsis, skal periapsis i løpet av fem omløp reduseres til om lag 100 km høyde over Mars. Dermed er inngangsfasen over og MRO er i den endelige nedbremsingsfasen.

Hver gang romfartøyet passerer nær periapsis, bremses det litt ned på grunn av friksjon mot Mars-atmosfæren. Det taper litt hastighet og greier neste gang ikke å komme så høyt opp over Mars som det apoapsis var på forrige omløp. For hvert omløp senkes dermed apoapsis. Totalt skal MRO foreta om lag 550 passeringer gjennom de øvre delene av Mars-atmosfæren. Slik kommer det høyeste punktet i banen nedover og nærmere og nærmere Mars.

Til å begynne med (som nå) bruker MRO nesten 1,5 døgn på hvert omløp rundt Mars. Mot slutten av nedbremsingsfasen kommer hvert omløp til å ta mindre enn to timer. Da er apoapsis senket fra over 45 000 km og ned til henimot 320 km.

Nå starter «utgangsfasen», og vi er et sted i september/oktober 2006. Ved tre-fire motoravfyringer blir periapsis hevet fra om lag 100 km til 255 km. Tilsvarende motoravfyringer justerer apoapsis til 320 km. Omsider er MRO i sin endelige bane rundt Mars, en gang i oktober 2006. I november 2006 skal så MRO starte systematiske observasjoner av Mars. De skal pågå frem til desember 2008, med mulighet for forlengelse etter det.

Diagrammet viser hvordan apoapsis i MROs bane rundt Mars skal senkes. Den ytterste og største ellipsen viser romfartøyets bane etter ankomst til Mars 10. mars 2006. Innen oktober 2006 skal banen være senket til den minste ellipsen rundt planeten på denne tegningen. (NASA)

Sett forfra har MRO et areal på omtrent 37,5 m², inkludert parabolantennen og baksiden av de to sol­celle­pa­nelene. De to sistnevnte er svingt bakover. Når MRO passerer gjennom Mars-atmosfæren, ligger selve romfartøykroppen foran i fartsretningen, med sol­celle­pa­nelene på skrå bakover. Det gir en stabil konfigurasjon, omtrent som en badmintonball. En slik konfigurasjon er «selvkorrigerende» i den forstand at det er svært liten fare for at den skal komme i ukontrollert rotasjon eller «kast» under passeringene gjennom atmosfæren.

Tettheten i Mars-atmosfæren er ikke helt konstant, men endrer seg over tid. Det fører til endringer i luftmotstanden i den høyden MRO passerer gjennom. Kommer MRO for lavt ned eller tettheten blir for høy i den høyden romfartøyet går i, kan deler av romfartøyet bli for varme og bli skadet. Passerer MRO for høyt eller tettheten blir for liten der romfartøyet passerer, blir nedbremsingen på det omløpet mindre enn ønsket.

Bakkekontrollen må derfor hele tiden følge med på endringer i Mars-atmosfæren. Flere ganger i døgnet observeres forholdene i Mars-atmosfæren fra både Mars Global Surveyor, 2001 Mars Odyssey og fra MRO selv. Observasjonene brukes til å beregne hvordan forholdene vil være i Mars-atmosfæren neste gang MRO skal passere gjennom de øvre lagene der. Forskere lager et slags «værvarsel» for Mars.

De første bildene fra klimainstrumentet i MRO. Instrumentet observerer i flere bølgelengdeintervaller i synlig lys og infrarødt. Observasjonene ble gjort 24. mars 2006 fra om lag 45 000 km høyde, omtrent 150 ganger høyere enn instrumentet normalt skal brukes. Vi ser nesten rett ned på Mars' nordlige halvkule. Nordpolkalotten er det lyse området litt opp til venstre på bildet til venstre. Bildet er tatt i synlig lys og nærinfrarødt. Bildet i midten er tatt på 12 mikrons bølgelengde i infrarødt. Det viser at varme stråles ut fra både dag- (opp til høyre) og nattsiden (ned til venstre) av planeten. Nordpolkalotten er mørk fordi den er mye kaldere enn overflaten ellers på både dag- og nattsiden. Bildet til høyre er tatt på 12 mikrons bølgelengde i infrarødt. Det viser temperaturen i om lag 25 km høyde i atmosfæren. I den høyden er temperaturen omtrent den samme på dag- og nattsiden. Over polkalotten er bildet litt mørkere, noe som viser at temperaturen der er noe lavere. (NASA/JPL-Caltech)

Nær apoapsis kan MRO foreta små motoravfyringer for å finjustere passeringshøyden neste gang. Slik sikrer man seg at hver nedbremsing i atmosfæren gir størst mulig virkning, samtidig som ingen deler av romfartøyet blir varmere enn de øvre grensene man må holde seg innenfor.

Når NASA bruker mange måneder på å senke MROs bane gjennom flere hundre nedbremsinger, er det for å spare drivstoff og penger. Dersom MRO skulle foretatt en tilsvarende baneendring med rakettmotorer, måtte det hatt med omtrent dobbelt så mye drivstoff fra Jorden som det faktisk har. Da måtte man ha brukt en kraftigere bærerakett til å skyte opp MRO, noe som ville gjort prosjektet langt dyrere.

Teknikken med aerodynamisk nedbremsing er etter hvert velprøvd og godt kjent. Både Mars Global Surveyor og 2001 Mars Odyssey benyttet den samme metoden for å senke sine banehøyder over Mars.

Les mer om MRO i Mars-romfartøy klart til oppskyting (eRomfart 2005-110).